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MOTORES DE TURBINA DE GAS

15.7

A. G. Rivas

ESCAPE
Características de Fabricación y Principios de Funcionamiento

Los motores de turbina de gas para aviación tienen un sistema de escape que pasa los gases
de descarga de la turbina a la atmósfera a una velocidad y dirección adecuadas para
proporcionar el empuje resultante. La velocidad y la presión de los gases de escape crean elempuje en el motor turborreactor, pero en el motor turbohélice los gases de escape aportan
solo una pequeña cantidad al empuje, porque la mayor parte de la energía ha sido absorbida
por la turbina para arrastrar a la hélice. Por lo tanto, el diseño del sistema de escape ejerce una
considerable influencia sobre la actuación del motor. Las áreas del conducto de salida y la
tobera propulsora o desalida afectan a la temperatura de entrada en la turbina, a la masa del
flujo de aire y a la velocidad y presión del chorro de escape.

La temperatura del gas que entra en el sistema de escape está entre 550ºC y 850ºC
dependiendo del tipo de motor. Los motores turbohélices y turbofanes son los que tienen el
flujo de gas de escape más frío. Con el uso del posquemador, la temperatura en elconducto de
escape puede ser de 1.500ºC o mayor. Aunque el impacto total de la alta temperatura no es
sentido por el conducto de escape, debido a la forma de la llama y al método de refrigeración,
es necesario usar materiales y una forma de construcción que resista la deformación y el
agrietamiento, y evite la conducción de calor hacia la estructura del avión. El conducto de
escape posquemadortambién requiere una tobera propulsora bien de dos posiciones o de área
variable que se adapte a los diferentes volúmenes del flujo de gas que tienen lugar cuando el
posquemador está puesto o quitado.
El uso de un inversor de empuje, un supresor de ruido y una tobera propulsora de área variable
conlleva un sistema más complicado. El motor turbofan también puede incluir una unidad
mezcladora parafavorecer una completa mezcla de las corrientes de gas frío y caliente.

Marzo 2003

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MOTORES DE TURBINA DE GAS

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A. G. Rivas

El gas procedente de la turbina del motor entra en el sistema de escape a velocidades de 750 a
1.200 pies por segundo, pero, debido a que las velocidades de este orden producen altas
pérdidas por fricción, la velocidad del flujo se disminuyepor difusión. Esto se logra teniendo un
área de paso en aumento entre el cono de escape y la pared exterior. El cono también evita
que los gases de escape fluyan a través de la cara posterior del disco de turbina. Es normal
mantener la velocidad a la salida del cárter de escape a aproximadamente 0.5 de Mach, es
decir unos 950 pies por segundo. Tienen lugar pérdidas adicionales debidas a lavelocidad de
los torbellinos residuales en la corriente del gas procedente de la turbina. Para reducir estas
pérdidas, los montantes en el cárter de escape están diseñados para enderezar el flujo antes
de que los gases pasen dentro del conducto de escape.
Los gases de escape pasan a la atmósfera a través de la tobera propulsora, la cual forma un
conducto convergente, esto aumenta la velocidad delgas. En un motor turborreactor, la
velocidad de salida de los gases de escape es subsónica solamente en condiciones de bajo
empuje. Durante la mayoría de las condiciones operacionales, la velocidad de salida alcanza la
velocidad del sonido con respecto a la temperatura de los gases de escape, y entonces se dice
que la tobera propulsora está “estrangulada”; es decir, no se puede obtener unposterior
aumento en velocidad a menos que se aumente la temperatura. A medida que la presión total
corriente arriba aumenta por encima del valor al cual la tobera propulsora se estrangula, la
presión estática de los gases a la salida aumenta por encima de la presión atmosférica. Esta
diferencia de presión a través de la tobera propulsora produce lo que se conoce como empuje
de presión y es...